Cathepsin L與線粒體自噬

摘要：氧化應(yīng)激伴隨的膜電位的下降引起胞漿內(nèi)Ca濃度（[Ca]）的上升。胞漿Ca水平的改變導(dǎo)致線粒體-核應(yīng)激信號的出現(xiàn)。在線粒體應(yīng)激狀態(tài)下，線粒體DNA（mtDNA）缺失的細(xì)胞中胞漿內(nèi)Ca的濃度和Cathepsin L的水平都增高，提示兩者可能存在相關(guān)性。目前，將通過細(xì)胞自噬降解線粒體的途徑稱為線粒體自噬（mitophagy）。DJ-1、PINK1和Parkin 等，在線粒體自噬中起關(guān)鍵的作用。一些研究已經(jīng)表明Parkin、DJ-1等自噬蛋白的缺失會導(dǎo)致胞漿內(nèi)Ca水平的增加。本文就Cathepsin L通過Ca與線粒體自噬的聯(lián)系做簡要的探討。

關(guān)鍵詞： Cathepsin L;線粒體自噬;Ca;氧化應(yīng)激

【中圖分類號】R-0 ???【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ???【文章編號】2107-2306（2019）06-199-01

1.PD與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激會引起一系列神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病（Parkinson’s disease，PD）。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，線粒體中的E3泛素連接酶Parkin，蛋白激酶PINK1 和?DJ-1等蛋白與PD相關(guān)。這些蛋白通過線粒體自噬來調(diào)節(jié)自身濃度，從而保持線粒體的穩(wěn)定。線粒體除了可以產(chǎn)生ATP，還可以調(diào)控鈣穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞凋亡。氧化應(yīng)激伴隨的膜電位的下降引起胞漿內(nèi)Ca濃度（[Ca_]?）的上升。胞漿Ca水平的改變導(dǎo)致線粒體-核應(yīng)激信號的出現(xiàn)。有關(guān)實驗證明線粒體復(fù)合體Ⅰ活性抑制劑魚藤酮（rotenone）會導(dǎo)致線粒體功能障礙和泛素蛋白酶系統(tǒng)障礙，它通過抑制蛋白酶體活動和增加氧化蛋白來發(fā)揮神經(jīng)毒性作用。魚藤酮還會導(dǎo)致線粒體形態(tài)和動力學(xué)的改變。此外，魚藤酮通過線粒體氧化應(yīng)激途徑誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元凋亡，誘發(fā)PD。Cathepsin L是重要的溶酶體半胱氨酸蛋白酶之一，負(fù)責(zé)降解錯誤折疊蛋白質(zhì)和產(chǎn)生基本肽激素來維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。溶酶體的溶解與壞死有關(guān)，有一部分更具選擇性的溶酶體膜穿孔后通過釋放Cathepsin L促進(jìn)凋亡。所以，Cathepsin L可能參與了PD的進(jìn)程。

2.?Ca在線粒體應(yīng)激時的變化

已有實驗表明，胞漿Ca水平的改變導(dǎo)致了線粒體-核應(yīng)激信號的出現(xiàn)，這可能是由于ATP和Ca的流出減少。RyR受體是鈣釋放通道，受咖啡因調(diào)控;IP3-1是閘門Ca通道，實驗結(jié)果顯示氧化應(yīng)激伴隨的膜電位的下降引起胞漿內(nèi)[Ca_]的上升，而RyR2和IP3-1的水平上調(diào)，進(jìn)一步證實了鈣離子的外流。已有相關(guān)實驗證據(jù)顯示在線粒體應(yīng)激狀態(tài)下，線粒體DNA（mtDNA）缺失的細(xì)胞中胞漿內(nèi)Ca的濃度和Cathepsin L的水平都增高，提示兩者可能存在相關(guān)性。

3.組織蛋白酶L與Ca

近年的實驗結(jié)果表明具Ca特性的PKC的作用是通過結(jié)合到cathpsin L啟動子上的Egr-1介導(dǎo)的。Western blot分析表明經(jīng)TCDD（一種環(huán)境毒素、致癌物質(zhì)，能誘導(dǎo)線粒體障礙和應(yīng)激信號）處理的C2C12細(xì)胞的Ca通道受體蛋白RyR1和cathpsin L水平上調(diào)，這兩種蛋白是常用的應(yīng)激信號標(biāo)志。它們的激活是應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞變化的標(biāo)志，這是因為cathpsin L代表著腫瘤侵襲，RyR1代表著鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。

4.線粒體自噬與自噬相關(guān)蛋白

線粒體自噬是Lemasters在2005年首次提出的，主要是指在ROS、營養(yǎng)缺乏、細(xì)胞衰老等刺激下，細(xì)胞內(nèi)的線粒體發(fā)生去極化損傷，損傷的線粒體被特異性包裹進(jìn)自噬體中，并與溶酶體（ lysosome，酵母中為液泡，vacuole） 融合，從而完成損傷線粒體的降解，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。DJ-1、哺乳細(xì)胞線粒體外膜蛋白PINK1和胞質(zhì)的Parkin 等，在線粒體自噬中起關(guān)鍵的作用。

有文章表明DJ-1的過表達(dá)增強(qiáng)魚藤酮誘導(dǎo)的自噬標(biāo)記物：beclin-1和LC3II的表達(dá)。穿透式電子顯微鏡和共聚焦實驗顯示DJ-1增加了自噬的超微結(jié)構(gòu)。DJ-1減輕魚藤酮誘導(dǎo)的MN9D細(xì)胞損傷，在魚藤酮誘導(dǎo)的多巴胺能細(xì)胞死亡的進(jìn)程中增加自噬。在線粒體解偶聯(lián)劑處理達(dá)1天之久的培養(yǎng)細(xì)胞中，Parkin可以介導(dǎo)線粒體通過自噬而被選擇性清除。上述實驗證據(jù)提示，Parkin可以通過選擇性清除受損的線粒體而保護(hù)細(xì)胞器的質(zhì)量。

5.自噬相關(guān)蛋白與Ca

Parkin是維持Ca穩(wěn)態(tài)的重要因子，它的缺乏導(dǎo)致了PLC依賴性的胞漿內(nèi)Ca水平的增加而使細(xì)胞更易受神經(jīng)毒素的侵害。最近有實驗研究DJ-1敲除的小鼠骨骼肌細(xì)胞中DJ-1調(diào)節(jié)Ca穩(wěn)態(tài)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DJ-1的缺失導(dǎo)致靜息胞漿內(nèi)Ca水平大幅度的增加，肌質(zhì)網(wǎng)響應(yīng)電刺激而減少Ca的釋放。結(jié)合前文所述關(guān)于Cathepsin L和Ca的關(guān)系，筆者設(shè)想是否可以通過抑制Cathepsin L而減少胞漿內(nèi)Ca水平，從而增加Parkin、DJ-1等自噬蛋白的水平來調(diào)控線粒體自噬。

6.結(jié)論

受損的線粒體可通過線粒體自噬被清除以保證細(xì)胞內(nèi)線粒體的質(zhì)量，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。線粒體自噬受各種調(diào)控分子的精細(xì)調(diào)節(jié)，包括DJ-1、PINK1和Parkin 等自噬蛋白，而Cathepsin L和自噬蛋白之間通過Ca加以聯(lián)系。線粒體自噬的異常與神經(jīng)退行性疾病如PD等密切相關(guān)。但是，還需要更多的細(xì)節(jié)和量化的研究來探究Cathepsin L在線粒體自噬中的作用。隨著對線粒體自噬研究的深入，可能為PD等神經(jīng)退行性疾病提供新的治療靶點。

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作者簡介：

徐舒青，女，碩士，藥師，研究方向：臨床藥學(xué)。